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了解短沟道MOS晶体管中的泄漏电流成分
MOS晶体管正在按比例缩小以最大化其在集成电路内部的封装密度。这导致了氧化物厚度的减小，进而减小了MOS器件的阈值电压。在较低的阈值电压下，泄漏电流会变得很大，并会导致功耗。这就是为什么至关重要的是，我们知道MOS晶体管中的各种泄漏电流。
在尝试了解各种泄漏电流成分之前，让我们首先回顾一下MOS晶体管核心概念。这将有助于我们更好地了解该主题。
MOS晶体管结构
MOS晶体管结构由金属，氧化物和半导体结构（因此称为MOS）组成。
考虑一个具有p衬底和n +扩散阱作为漏极和源极端子的NMOS晶体管。氧化层由SiO 2制成，并在漏极和源极之间的沟道上生长。栅极端子由n +掺杂的多晶硅或铝制成。
图1. NMOS晶体管的鸟瞰图。
在无偏状态下，漏极/源极和衬底界面的pn结被反向偏置。晶体管的能带图如图2所示。
图2. 无偏置NMOS晶体管的能带图
如您所见，金属，氧化物和半导体的费米能级相互对齐。由于在氧化物-半导体界面处的电压降，Si能带存在弯曲。内置电场的方向是从金属到氧化物再到半导体，电压降的方向与电场的方向相反。
由于金属和半导体之间的功函差而发生该电压降（部分电压降发生在氧化物两端，其余部分发生在Si-SiO 2界面两端）。功函数是电子从费米能级逃逸到自由空间所需的能量。
积累
接下来，假设栅极具有负电压，源极的漏极和基板接地。由于负电压，衬底（多数载流子）中的孔被吸引到表面。这种现象称为积累。衬底（电子）中的少数载流子被深推回去。下面给出了相应的能带图。
图3.栅极端带有负电压的NMOS晶体管的能带图
由于电场的方向是从半导体到氧化物再到金属，所以能带在相反的方向上弯曲。另外，请注意费米水平的变化。
耗尽区和耗尽区
或者，认为栅极电压刚好大于零。孔被排斥回到衬底中，并且通道中的所有移动电荷载体都被耗尽。将该现象称为耗尽，并且形成比未偏置状态更宽的耗尽区域。
图4. NMOS中的耗尽区
图5. 图4所示的NMOS耗尽区的对应能带图
因为电场是从金属到氧化物再到半导体，所以能带在向下方向弯曲。
表面反转
如果栅极处的正电压进一步增加，则衬底中的少数载流子（电子）被吸引到沟道的表面。这种现象称为表面反转，而表面刚反转时的栅极电压称为阈值电压（V th）。
图6. NMOS晶体管中的表面反转
图7.图6所示的NMOS晶体管的对应能带图
电子在源极和漏极之间建立传导通道。然后，如果漏极电压从零电势增加，则漏极电流（Id）开始在源极和漏极之间流动。能带进一步向下弯曲并在半导体-氧化物界面处弯曲。
在此，固有费米能级小于p型衬底的费米能级。这支持了在表面上半导体为n型的观点（在n型材料的能带图中，本征费米能级的能量水平小于施主能级的能量水平）。